بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل جریان در درون مصالح سنگریزه ای معمولا با حل معادله دیفرانسیلی که از ترکیب رابطه غیرخطی و معادله پیوستگی بدست می آید ، صورت می گیرد. حل معادله دیفرانسیلی مذکور به روش تفاضل های محدود و متناسب با شرایط مرزی مسائل مورد نظر ، نسبتا حجیم و وقت گیر می باشد. محاسبات مذکور در شرایطی که نیمرخ سطح آب در درون مصالح سنگریزه ای مشخص نباشد با مشکلات بیشتری روبرو خواهد بود.
جهت تحلیل جریان در درون مصالح سنگریزه ای از روش دیگری که متکی به تئوری جریان های متغیر تدریجی است ، می توان استفاده نمود. محاسبات در این روش در مقایسه با روش قبلی بسیار ساده تر و کم حجم تر می باشد. ولی تعیین ضریب زبری مصالح سنگریزه ای از مشکلات این روش به شمار می رود. چرا که بدلیل تغییر وضعیت جریان ، اعم از آرام ، انتقالی و یا احیانا آشفته، رفتار هیدرولیکی جریان و در نتیجه میزان افت اصطکاکی آن تغیر خواهد نمود. در این مقاله ضریب زبری مصالح سنگریزه ای بر حسب ویژگی های جریان و خصوصیات فیزیکی سنگدانه ها، بصورت تحلیلی پیشنهاد شده است. بطوریکه پس از تعیین ضریب زبری مصالح سنگریزه ای، تعیین نیمرخ سطح آب و تحلیل جریان با استفاده از تئوری جریان های متغیر تدریجی براحتی امکان پذیر خواهد بود.
کلید واﮊه ها : مصالح سنگریزه ای، جریان غیر دارسی ، عدد رینولدز، ضریب زبری.
مقدمه
در شرایطی که سرعت جریان عبوری از درون مصالح سنگریزه ای از یک حد بحرانی بیشتر باشد، رابطه دارسی برای محاسبات دقیق، اعتبار نخواهد داشت لذا برای تحلیل این نوع جریان ها، نمی توان از معادله لاپلاس استفاده نمود به همین دلیل لازم است معادله دیگری برای تحلیل این نوع جریان های به کار گرفته شود. تعدادی از موارد کاربرد این نوع تحلیل ها، عبارتند از : جریان سیالات - آب، نفت، گاز - به طرف چاه های بهره برداری ،جریان در آبخوان های درشت دانه بسته و در سازندهای سخت.در تحلیل های دقیق هرگاه رﮊیم جریان در درون مصالح متخلخل درشت دانه، انتقالی یا آشفته باشد.
که در آن a,b به خواص سیال وخصوصیات هندسی خلل و فرج سنگدانه ها بستگی دارند. یک رابطه تجربی بوده و در دامنه محدودی از تغییرات سرعت جریان - یا عدد رینولدز - پارامترهای آن مقادیر ثابتی دارند. ولی در ورای آن، رابطه مذکور دقت خود را از دست می دهد پایه نظری قوی داشته و با استفاده از تحلیل ابعادی و یا ضمن بهره گیری از معادله ناویه استوکس قابل اثبات است. ضمن آنکه مشاهدات آزمایشگاهی متعددی که بوسیله نگارندگان مقاله حاضر و یا محققین قبلی انجام شده، دقت آن تائید می گردد. بعبارتی یک رابطه تجربی بوده و در دامنه محدودی از تغییرات سرعت جریان کاربرد دارد درحالیکه علاوه بر جریان های آرام، برای جریان های انتقالی و آشفته نیز دقت بسیار بالایی داشته و قابل استفاده در کارهای تحلیلی می باشد.
تحقیقات انجام شده نشان می دهند که برای هر دامنه محدودی از اعداد رینولدز می توان با تعریف n,m متناسب - با آن دامنه اعداد رینولدز - را حل کرده و جواب های بسیار امیدوارکننده ای را بدست آورد. با استفاده از روشهای عددی قابل حل می باشند. با حل می توان مقادیر و سپس h را در گره های مختلف پیدا نمود .همچنین با داشتن بردارهای سرعت در نقاط مختلف جریان می توان علاوه بر محاسبه دبی جریان ، خطوط جریان را نیز بدست آورد.
روش دوم
روش دیگری که برای تحلیل غیر خطی جریان در درون مصالح سنگریزه أی می تواند مورد استفاده قرارگیرد، متکی به تئوری جریان های متغیر تدریجی می باشد. در این روش مقدار افت اصطکاکی انرﮊی ایجاد شده در درون مصالح سنگریزه أی با استفاده از رابطه مانینگ یا رابطه شزی برآورد می شود. مزیت اصلی روش دوم ، در کاهش حجم زیاد محاسبات است . در مواردی که نیمرخ سطح آب در درون مصالح سنگریزه أی مشخص نباشد، استفاده از روش قبلی با محاسبات بسیار حجیم همراه خواهد بود.
درحالیکه با بکارگیری روش دوم حل چنان مسائلی با سادگی وحجم کم محاسبات امکان پذیر خواهد بود. برای استفاده از روش دوم بایستی توجه نمود که با تغیر رﮊیم جریان از آرام به انتقالی و یا آشفته، مقدار ضرایب زبری مانینگ و شزی نیز تغییر می نمایند. لذا مقادیر ضرایب زبری مانینگ یا شزی متناظر با هریک از نواحی سه گانه جریان درون مصالح سنگریزه أی بایستی برآورد شوند. در مقاله حاضر، روابطی جهت تعیین ضرایب مانینگ و شزی مصالح سنگریزه ای، با استفاده از مشاهدات گسترده آزمایشگاهی و با اتکا به خصوصیات فیزیکی سنگدانه ها ، بوسیله نگارندگان ارائه گردیده است.
